土石坝渗流分析共27页文档
培训_53土石坝的渗流分析
• 对首端至末端积分
q[L
m2 (0
H2)]
K 2
[H12
(0
H 2 )2 ]
• 对首端至任意断面积分得浸润线方程
下游段的渗流计算分析
• 水上部分：
• 假定该部分渗流流线为水平直线。任一 流管的过水断面为dZ×1，长度为m2Z， 作用水头为Z，沿高度呈线性变化。
• 渗透坡降为 • 渗透流量为 • 水上部分的渗流流量：
• 坝下不透水层面为最后一条流线，浸润 线为第一条流线，其水头等于浸润线上 各点的铅直坐标。
• 渗流在下游坝坡上的逸出段与浸润线一 样，其压力等于大气压，各点水头也随 铅直坐标而变化。
• (5) 实验方法 ：常用的有电模拟法、电 网络等模拟试验法。由于成本、周期以 及计算机技术进步等原因，目前应用不 多。
• （2）根据土体中的渗流作用力判断。
• （1）产生管涌的临界坡降JC • 临界管涌坡降取决于土的颗粒组成和渗
流坡降。可用南京水利科学院的沙金渲 公式计算：
• 式中： d3——相应于颗粒级配曲线上含 量为3％的粒径，cm； k——渗透系数,m/s； n——土的孔隙率。
• （2）流土的临界坡降JC
渗透变形的判别标准
• 为保持坝的渗流稳定性，需查明坝体和 地基土体发生渗透变形的临界渗透坡降； 再确定坝体和地基土体相应的容许渗透 坡降；以此作为进行渗流稳定性的评价。
• 坝体和地基土体发生渗透变形的临界坡 降的判断方法主要有两类：
• （1）根据土体的颗粒级配鉴别，如土体 细粒含量多少，土体的不均匀系数鉴别。
• 假定：斜墙后的渗流为缓变流，斜墙后 的水深为H，下游出口水深为H2；由流 量的连续性条件，可求解通过斜墙的渗 流量。
第四节 土石坝的渗流分析
第四节土石坝的渗流分析
一、渗流的概念：水库蓄水后，由于上下游水位差的关系，水流会通过坝体土粒之间的空隙从上游向下游流动。
图6-13 渗流示意图
二、渗流分析的目的：
（1）确定坝体内浸润线的位置；
（2）确定坝体及坝基的渗流量，以估算水库的渗漏损失；
（3）确定坝体和坝基渗流逸出区的渗流坡降，检查产生渗透变形的可能性；
（4）为坝体稳定分析和布置观测设备提供依据。
常用的渗流分析方法：流体力学方法、水力学方法、流网法和试验法。
三、渗流基本方程
土坝渗流为层流，因此满足达西定律(Darcy’s Law), 渗流区内任一点势函数应满足拉普拉斯方程：
k x, k y——分别为x, y方向的渗透系数
对于简单的边界条件，上述方程能解，复杂边界条件，需借助数值方法。
四、渗流的水力学问题
假设: 均质, 层流, 稳定渐变流.
应用达西定律，并假定任一铅直过水断面内各点的渗透坡降相等，对不透水地基上的矩形土体，流过断面上的平均流速为：
单宽流量：
图6-14 不透水地基上矩形土体的渗流计算图
自上游向下游积分：
自上游向区域中某点（x,y）积分，得浸润线方程：
图6-15 土坝浸润线示意图五、流网法
图6-16 流网的绘制。
3.3土石坝的渗流分析
以土体中的细粒（粒径小于2mm的）含量pz 作为判断依据的方法。 当土体中的细粒含量 p >35% 时，孔隙填充饱 z 满，容易产生流土； 当土体中的细粒含量 p <25% 时，孔隙填充不 z 足，容易产生管涌； 当土体中的细粒含量 25%> p >35% 时，可能 z 产生管涌或流土，依土体的紧密度而定。
（2）前面所介绍的水力学方法，从根本上将 是一种近似的计算方法。这主要是由于坝体特 别是坝基的实际情况十分复杂，难以用理论公 式严格地表述。因此，上述所介绍的公式可能 与同学们在其他参考书籍中看到的公式可能略 有不同。坝工学到目前为止，仍然是一种半理 论半经验性的学科，土坝渗流计算是理论分析、 试验研究和工程经验的结晶。因此，不同书籍 的土坝渗流计算公式在表述上略有不同是正常 的。这种不同主要来源于对坝体及坝基的简化 上的不同，没有实质意义上的区别。
第三节 土石坝的渗流分析
土石坝的渗透变形及其防止措施
土石坝在渗流的作用下可能发生渗透变形， 造成坝脚产生渗透破坏，甚至会导致工程失事。 （1）管涌 在渗流作用下，无粘性土中的细小颗粒从 骨架孔隙中连续移动和流失的现象。
（2）流土 在渗流作用下，土体从坝基表面隆起、顶 穿或粗细颗粒同时浮起而流失的现象。
各种不同类型地基土坝的渗流计算
P130表4-6
总渗流量的计算
根据地形和坝体结构，沿坝轴线将坝划分为若干段 （n段），各段的长度分别为L1、L2、……、Ln，分 别计算各段的平均渗流量q1、q2、……、qn。
1 Q [q1 L1 (q1 q 2 ) L2 (q n 1 q n ) Ln 1 q n Ln ] 2
渗流分析的方法
流体力学方法 水力学方法 流网法 试验法
5.3 土石坝的渗流分析
至使它们构成的网格符合要求，使之成为扭曲正方形。
◎三、流网法
• 流网绘制示意图
◎三、流网法
• （四）流网的应用
1、渗透坡降与渗透流速：在图中任取一网格i，两等势
线相距为ΔLi，两流线间相距为ΔMi，水头差为ΔH/n ， 则该网格的平均渗透坡降为： n Ji Li nLi 通过该网格两流线间（流带）的平均渗透流速为：
◎四、土石坝的渗透变形形式及判别
• （一）渗透变形形式
管涌
◎四、土石坝的渗透变形形式及判别
• （四）有限深透水地基上土石坝渗流计算
3、带截水槽的心墙坝 心墙、截水槽段：取平均厚度δ进行计算。若心墙 后的浸润线的高度为h，可推导出通过心墙、截水 槽的渗流量为：
( H 1 T ) 2 (h T ) 2 q1 K e 2 通过心墙下游坝体与坝基的单宽渗流量为 2 h2 H 2 h H2 q2 K KT T 2L L 0.44T 根据连续条件q1=q2，联立求解得h，进而求得q。
能用于某些边界条件较为简单的情况，水力学法计算简 易,精度可满足工程要求,得到了广泛的应用。
流网法能求渗流场内任一点渗流要素,并具有一定的精度,
但在渗流场内土体渗透系数差别较大的情况下较难应用。
电模拟法用电流场模拟渗流场，从而测定渗流流网。 数值法（有限元法）可计算不稳定渗流和较复杂的渗流
m1 L H1 1 2m1
式中：m1为上游坝坡坡率；H1为坝前水深。
◎二、水力学法
• （三）不透水地基上均质坝的渗流计算
1、下游无排水体或设贴坡排水体的情况
（1）坝身矩形渗流区段的渗流量：
H12 ( H 2 a0 ) 2 q1 K 2 L
土石坝渗流分析
4.渗透变形的防止措施 防止渗透变形的工程措施集中体现为降低渗透坡 降及增加渗流出口处土体抵抗渗透变形的能力。 设置水平或垂直的防渗体，降低渗透坡降。 设置排水沟或减压井，降低下游渗流出口处的渗压。 设反滤层或加盖重
2 2
1、不透水地基上土石坝的渗流计算
斜墙坝的渗流计算
dξ
dz y
A
H1 M
ke he L
2 2 2
k
B x
H1 h e z 0 q Ke 通过斜墙的渗流量为： 2 sin
2
he H 2 通过下游坝壳的渗流量为： q k 2L
2
联立心墙段和下游段求解q及he 浸润线方程： 2qx k(he y )
1、不透水地基上土石坝的渗流计算
均质坝的渗流计算
下游无排水设施
y
E
A dx dy B’
m1 H 1 L 2m1 1
H1
a0
H2 x
M
o △L
L
B” N
坝身段：
dy u k J k dx
dy q k y dx
qdx kydy
分别对x和y积分，即从EO断面到任意断面有： k x y 2 2 qx H y 1 0 qdx H kydy 2
42d 3 J cr k 3 n
2.流土
在渗流的作用下，土从坝体或坝基表面被掀起浮动的现象 流土多发生在粘性土和较均匀的非粘性土体渗流出口处。 发生流土的临界坡降
J cr (Gs 1)(1 n)
容许渗透坡降
3.接触冲刷
J cr [J ] K
当渗流沿两种不同的土层接触面流动时，沿层 面夹带细小颗粒流失的现象，一般发生在两层 级配不同的土料中。
水工05-03土石坝的渗流分析
2.渗流计算时按平面问题处理，取单位坝长作为
计算对象。
3.基本公式 ●达西定律：v=kJ ●Dupuit假定：过水 断面各点J、v为常数 J=-dy／dx q=vw=-kdy／dx· y qdx=-kydy 经积分得：
q
12
12 矩形区域渗流计算图
H 2L
k
2 1
H
2 2
对任一断面：q=k· 12-y2)／2x (H 浸润线方程式：2qx= k· 12-y2) (H
q1 k (H
2 1
h
2
)
2 sin
●通过斜墙后坝壳的渗流量q2 k 条件，q1 =q2 =q，求出两个未知数 渗流量q和心墙后浸润线高度h 。 ●浸润线方程
y H
2 1
2 q k
x
(四)有限深透水地基上土石坝的渗流计算
1.有限深透水地基 当透水地基深度小于土坝不透水长度的1.5 倍时，称有限深透水地基。 2.计算方法 透水地基上土坝的渗流计算，一般采用坝 体与坝基分开计算的方法。即先假定地基不 透水，按上述方法确定坝体的渗流量q1 和浸 润线(坝体浸润线可不考虑坝基渗透的影响， 仍用地基不透水情况下算出的结果)；然后再 假定坝体不透水，计算坝基的渗流量q2 ；最 后将q1和q2相加，即可近似地得到坝体坝基的 渗流量。
2. 根据细颗粒含量判别 此法以土体中的细粒含量(粒径d小于2 mm)Pg 作为判别依据。 (1)伊斯托明娜的建议
●细粒含量大于35％时，容易产生流土； ●对于缺乏中间粒径的砂砾料，细粒含量小 于25％～30％的为管涌，大于30％的为流土。 (2)南京水利科学研究院提出的判别公式
PZ n 1 n
●据1998年长江防洪抢险的统计资料，由渗透变 形造成的险情约占险情总数的70%。
4(2)土石坝(：渗流分析)
xx年xx月xx日
目录
• 引言 • 土石坝基本知识与概述 • 土石坝渗流分析原理和方法 • 土石坝渗流分析案例 • 土石坝渗流安全与防护ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ施 • 结论与展望
01
引言
背景介绍
土石坝是一种由土料、石料或混合料等材料组成，并主要依 靠坝体自身重量来抵抗坝下游水流的推力以保持稳定的水工 建筑物。
应急预案
制定应急预案，如发生渗流事故时，及时启动应急预案 ，组织抢险救援。
06
结论与展望
研究成果总结
建立了适用于本工程实际地质条件的渗流模型； 分析了不同工况下的坝体渗流场分布；
确定了坝体和坝基的渗透系数； 预测了坝体的渗流量。
存在问题和改进建议
1
模型参数的确定受地质条件影响较大，需进一 步开展相关研究；
结构形式
土石坝的结构形式可分为重力坝、拱坝和重力拱坝。重力坝是依靠坝体自重 和地基承载能力来维持稳定的坝体，拱坝则是通过拱形的结构形式利用地基 反力来维持稳定。重力拱坝则是结合了重力坝和拱坝的特点。
土石坝的渗流特性
渗流现象
渗流是指水在坝体内流动的现象。由于坝体材料的透水性，水会在压力作用下渗 透过坝体，形成渗流。
THANKS
感谢观看
影响渗流的要素
渗流的影响因素包括坝体材料的透水性、水压力、坝体结构形式等。这些因素的 变化会导致渗流量和渗流路径的变化。
03
土石坝渗流分析原理和方法
渗流分析的基本原理
1 2
饱和液体
在一定温度下，固体颗粒在一定压力下完全润 湿，此时液体和固体表面之间存在一个平衡压 力，称之为饱和压力。
土石坝材料的物理性质
计算步骤
包括前处理、计算、后处理三个步骤，其中前处理和后处理主要是对计算结果进行可视化 、分析和整理，计算则是根据渗流基本方程进行求解。
论土石坝的渗漏处理
水利工程技术管理——论土石坝的渗漏处理班级：工管A112班姓名：许发珍学号：2011116113目录土石坝的渗漏处理................................................... - 1 - 一、土石坝渗漏的途径及其危害...................................... - 1 - (一）损失蓄水量.................................................... - 1 - （二）抬高浸润线................................................... - 1 - （三）渗透破坏..................................................... - 1 - 二、坝身渗漏的处理措施............................................. - 2 - (一）斜墙法........................................................ - 2 - （二）充填式灌浆法................................................. - 3 - （三）防渗墙法..................................................... - 3 - （四）劈裂灌浆法................................................... - 3 - （五）导渗法....................................................... - 4 - 三、坝基渗漏的处理措施............................................. - 4 - （一）黏土截水槽................................................... - 4 - （二）混凝土防渗墙................................................. - 4 - （三）灌浆帷幕..................................................... - 4 - （四)砂浆板桩...................................................... - 5 - （五）高压定向喷射灌浆............................................. - 5 - （六）黏土铺盖..................................................... - 5 - （七）排渗沟....................................................... - 5 - （八）减压井....................................................... - 5 - （九）透水盖重..................................................... - 5 - （十）垂直铺塑防渗................................................. - 6 - 四、总结（心得、体会）............................................. - 6 -土石坝的渗漏处理由于土石坝属于散粒结构，在坝身土粒之间，仍然存在着较大的孔隙，再加之土石坝对地基地质条件的的要求相对较低，在土基或较差的岩基上均可筑坝。